流体力学物理物理学・力学理科

飛行機が飛ぶ仕組み「揚力」を初心者目線で理系ライターが解説

よぉ、桜木建二だ。飛行機が空を飛ぶ仕組み、簡単に説明出来そうで意外と出来ないもの。ネットでは「メカニズムは不明」などと間違った見解も散見されるため注意が必要だ。ざっくり言ってしまえば超高速で進みながら気流の向きを上手いこと調整して、上向きの力(揚力)が働くようにしている。

機体を上向きに押し上げる「揚力」について理系ライターのR175と初心者目線で見ていこう。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

R175

ライター/R175

関西のとある理系国立大出身。エンジニアの経験があり、身近な現象と理科の教科書の内容をむずびつけるのが趣味。教科書の内容をかみ砕いて説明していく。

1.揚力

image by iStockphoto

揚力とは、読んで字の如く「揚げる(あげる)力」。検索すると、「流体の流れと垂直の向きに働く」という説明があります。飛行機の例で見ると、流体(空気)は前後方向に流れているのに対し揚力は上下方向つまり空気の流れと垂直な方向です。

流体(空気)の流れが途中で方向が変えられることで発生しています。まずは、流体の向きが変わる=曲がった時どうなるか見ていきましょう。

2.流体の流れが曲げられた時

「流体の流れが曲げられることが揚力発生に大きく関わっています。空気や水といった「流体」が流れている最中にカーブに差しかかった時何が起こるのでしょうか。

2-1.曲がった川の流れ

2-1.曲がった川の流れ

image by Study-Z編集部

流体の流れが曲がった時の現象を整理するため、曲がった川の流れを例に見ていきましょう。直線部分では同じ速度で流れているとしましょう。これがカーブに差しかかっても川の水としては直進しようとします。イラストのようなイメージ。水は川の外側を行こうとすることが想像できますね。

2-2.外側と内側の水圧

カーブの外側は水がたくさん集まってこようとするため圧力が高く内側は圧力が低くなります。これは曲がった川に限らず、空気や油など他の流体でも同様。流れが途中で曲げられた場合、そのカーブの部分では外側が圧力が高くなり内側で低くなるのです
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空気、水問わず流体の流れが曲がる時、外側は圧力が高く内側は低くなるぞ。なぜなら、そのまま直進しようとしてくる流体が外側に集まってくるからだ。ここまで抑えた上で3項に移ろう。

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